《机电一体化技术六》PPT课件

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1、袁中凡主编李彬彬陈爽副主编冼进审邮箱：china_54@tom.com机电一体化技术第六章机电一体化系统的执行与驱动技术知识点：机电一体化系统执行元件的特点及类型步进电机的工作原理及驱动方法直流伺服电机的工作原理及驱动方法交流伺服电机的工作原理及驱动方法机电一体化系统常用控制电机性能的比较液压执行元件的特性及选择方法本章导读执行元件接受控制器的指令，通过传动机构驱动执行机构实现某种特定的功能。根据使用能量的不同，可将执行元件分为电气式、液压式和气压式等几种类型。本章就各种常用的执行元件的构成和伺服驱动方式的特点进行了概述。6.1基本概念6.1.1执行元件的特点及类型6

2、.1.2机电控制系统对执行元件的要求一般来说，工作机的执行机构要对外界做功，因此必须实现一定的运动和传递必要的动力。通常对执行机构提出如下基本要求：（1）能够实现系统所需的运动。（2）传递必要的动力。（3）保证系统具有良好的动态品质。机电一体化系统的执行元件应满足以下几项性能要求：（1）惯量小、动力大；（2）体积小、重量轻；（3）快速性好，加减速扭矩大，频率特性好；（4）位置控制精度高6.2步进电机的工作原理及驱动方法步进电机是一种把开关激励的变化变换成精确的转子位置增量运动的执行机构，它将电脉冲转化为角位移。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方

3、向转动一个固定的角度（及步距角）。步进电机具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点,因此具有瞬间起动与急速停止的优越特性。图6-2磁阻式步进电机图6-3永磁式步进电机6.2.1步进电机的工作原理及特性图6-4三相反应式步进电机图6-5三相六拍反应式步进电机工作原理图6.2.2步进电机的驱动方法步进电动机的运行特性与配套使用的驱动电源有密切关系。驱动电源由脉冲分配器、功率放大器组成。图6-8步进电机驱动组成框图图6-9点位控制的加减速过程6.3直流伺服电机的工作原理及驱动方法伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程。电气伺服系统根据所驱动的电机类型分为直流（DC）伺服系统和交

4、流（AC）伺服系统。20世纪50年代，无刷电机和直流电机实现了产品化，并在计算机外围设备和机械设备上获得了广泛的应用。20世纪70年代则是直流伺服电机的应用最为广泛的时代。6.3.1直流伺服电机的分类与特性直流伺服电机的基本结构与工作原理与一般直流电动机相类似。图6-10直流电动机原理（a）宽调速直流电动机结构（b）带制动器的直流伺服电动机图6-11直流伺服电动机（a）机械特性（b）电枢控制时的调速特性图6-13直流伺服电动机特性6.3.2直流伺服电机的驱动方法直流伺服电动机为了直流供电和调节电动机转速与方向，需要将其直流电压的大小和方向进行控制。目前常用晶体管脉宽调

5、速驱动和晶闸管直流调速驱动两种方式。脉冲宽度调制（Pulse-WidthModulatorPWM）电路脉冲调宽式功率放大器得到愈来愈广泛的应用。图6-15PWM系统的主回路电气原理6.4交流伺服电机的工作原理及驱动方法自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统，这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期，各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。近年来随着微处理器、新型数字信号处理器（DSP）的应用，出现了数字控制系统，

6、控制部分可完全由软件进行。图6-16永磁式伺服电机剖图6.4.1交流伺服电机的分类特性交流伺服系统按其采用的驱动电动机的类型来分，主要有两大类：采用永久磁铁磁场的同步电动机（SM）不需要磁化电流控制，只要检测磁铁转子的位置即可。感应式异步电动机交流伺服系统由于感应式异步电动机结构坚固，制造容易，价格低廉，因而具有很好的发展前景，代表了将来伺服技术的方向。交流伺服电机的控制方式有以下几种。（1）幅值控制（2）相位控制（3）幅相控制（4）双相控制交流伺服电机的运行特性如下：交流伺服电机幅值控制、相位控制、幅相控制和双相控制时的机械特性和调节持性分别图6-16交流伺服电机的

7、机械特性（a）幅值控制（b）相位控制（c）幅相控制（d）双相控制图6-17交流伺服电机的调节特性（a）幅值控制（b）相位控制（c）幅相控制（d）双相控制图6-18同步型（SM）伺服电动机控制框图图6-19交流电动机等效电路及简化等效电路（a）等效电路（b）电流矢量（c）简化等效电路（d）简化电路电流矢量6.4.3机电一体化系统常用控制用电机性能比较控制用电动机是电气伺服控制系统的动力部件。它是将电能转换为机械能的一种能量转换装置，由于它们的工作可在很宽的速度和负载范围内受到连续而精确的控制，因而在各种机电一体化系统中得到了广泛的应用。图6-20伺服电